● news.bsdnet.hu

Tizenöt évnyi kísérleti kutatás után kínai fizikusok igazolták az új anyagforma, a gluonlabda létezését. Eredményeik a nemzetközi BESIII együttműködés a részecskefizika standard modelljének fontos elméleti jóslatát támasztotta alá. A felfedezés egy közel öt évtizedes tudományos rejtély végére tehet pontot. Meixner Zoltán Rovatvezető (Tech) Ezeket látta már? A modern fizika alaptételei szerint a világmindenséget felépítő atommagok protonokból és neutronokból állnak, amelyeket még kisebb elemi részecskék, a kvarkok alkotnak. A kvarkok közötti rendkívül erős kölcsönhatást a gluonok közvetítik, amelyek mintegy láthatatlan kötőanyagként tartják össze a mikrovilág építőelemeit. A részecskefizika elterjedt standard modellje már régóta feltételezte, hogy a gluonok nemcsak a kvarkok összekapcsolására képesek, hanem egymással is kölcsönhatásba léphetnek és kötődhetnek egymáshoz. Ez a jelenség egy teljesen új típusú részecskét hoz létre, amelyet a tudomány gluonlabdának ( glueball ) nevez. Bár teoretikusan kiszámítható volt, hogy a gluonok sajátos kötött állapotba kerülhetnek, a közvetlen kísérleti bizonyítás az elmúlt évtizedekben folyamatosan kicsúszott a fizikusok keze közül. A Kínai Tudományos Akadémia (CAS) alá tartozó Kísérleti Magfizikai Intézet (IHEP) munkatársai azonban a közelmúltban kiadott kísérleti eredményekben megerősítették e tisztán erőhordozókból álló anyag létezését. A Xinhua hírügynökség jelentése szerint a történelmi jelentőségű áttörést a kínai vezetésű, nemzetközi összefogásban működő Beijing Spectrometer III (BESIII) kísérlet kutatói érték el. A méréseket a Pekingi Elektron-Pozitron Ütköztetőben ( Beijing Electron Positron Collider ) végezték el, ahol a szakemberek évtizedes távlatban gyűjtötték és elemezték az elemi részecskék szubatomi szintű ütközéseiből származó adatokat. A kutatócsoport hosszú és kanyargós utat tett meg a végső konklúzióig: még 2011-ben bukkantak rá egy korábban ismeretlen, X(2370)-nak elnevezett részecskére. Mivel az X(2370) tulajdonságai rendkívül komplexek voltak, a tudósoknak évekre volt szükségük ahhoz, hogy tisztázzák annak pontos belső szerkezetét és viselkedését. Brit fizikusoknak sikerült egy olyan zárt, ultrahideg kvantumrendszert létrehozniuk, amelyben az idő külső óra segítsége nélkül, magától jött létre. A miniatűr univerzumként viselkedő laboratóriumi kísérlet bebizonyította, hogy az idő múlása valójában a részecskék belső rendezetlenségének változásából, azaz az entrópiából fakad. Amikor a rendszeren belüli változások leálltak, az idő folyása is teljesen megszűnt a mikroszkopikus világban. A döntő fordulat 2024-ben következett be a kutatásban, amikor a BESIII kísérlet szakembereinek sikerült először nagy pontossággal megmérniük az X(2370) részecske kvantumállapot -tulajdonságait. Az akkori adatelemzések kimutatták, hogy a részecske fizikai jellemzői tökéletesen megegyeznek a gluonlabda elméletileg megjósolt paramétereivel . Ez a felfedezés lett a legfőbb alapkő ahhoz, hogy a kutatók eljuthassanak a végső kísérleti igazolásig, ám a teljes bizonyossághoz még további, még mélyebb mérésekre volt szükség. A gluonlabdának "se íze, se bűze" nincs, csak tiszta erőt hordozó részecskékből áll / Illusztráció: Getty Images A legfrissebb kutatási szakaszban a fizikusoknak sikerült megfigyelniük az X(2370) részecske több új, korábban nem ismert bomlási módját. Ezeket az összetett bomlási csatornákat részletesen vizsgálva a kutatók sikeresen meghatározták a részecske úgynevezett íz-szinglett tulajdonságát. A kvantum-színdinamikában ez az egyik legfontosabb megkülönböztető jel , ez az a specifikus karakterisztika, amely éles határvonalat húz a gluonlabda és az átlagos, kvarkokból felépülő részecskék között. Az új adatok egyértelművé tették, hogy az X(2370) domináns összetevője valóban a régóta keresett gluonlabda. A kvarkok világában az íznek vagy zamatnak (flavor) nincs köze az ízleléshez, csak a fizikusok sajátos humorához, amely a kvarkok fajtájájának (típusának) elnevezésében is megmutatkozott. Hatféle kvarkíz létezik: A hétköznapi anyagot (protonokat, neutronokat) leginkább az u és d kvarkok építik fel, de a nagyenergiájú kísérletekben az s (strange) kvark is kulcsszerepet kap. A kvantummechanikában és a matematikai csoportelméletben a szinglett olyan állapotot jelent, amely egy adott szimmetria-transzformáció hatására egyáltalán nem változik meg – azaz teljesen invariáns (változatlan) . A Kísérleti Magfizikai Intézet kutatói kiemelték, hogy az elmúlt közel öt évtized során ez a legvilágosabb és legkiegyensúlyozottabb kísérleti eredmény a gluonlabdák keresésében. A vizsgálat nemcsak egy új anyagforma létezését szentesíti , hanem kiemelkedő jelentőséggel bír a részecskefizika standard modelljének tesztelése és a kvantum-színdinamika mélyebb megértése szempontjából is. A felfedezés új fejezetet nyit az alapvető kölcsönhatások tanulmányozásában , és megmutatja, hogy a természet legapróbb erőhordozói önmagukban is képesek komplex szerkezeteket alkotni. kvantumfizika